Методы и технические средства обеспечения единства измерений размера наночастиц

Предлагается набор технических средств для решения задачи единообразия измерений размеров микро- и наночастиц. Для этого необходимо обеспечивать прослеживаемость измерений размеров частиц к единице длины – метру, а также эквивалентных диаметров, применяемых при измерениях в различных дисперсных средах (аэрозолях и взвесях). Чтобы обеспечить прослеживаемость измерений диаметра частиц к метру, следует использовать наноизмерительную машину с атомно-силовым микроскопом в качестве зондирующей системы. В статье показана схема измерительной системы, описаны принцип действия машины и метод измерения размеров частиц. Для обеспечения прослеживаемости измерений гидродинамического диаметра наночастиц, характеризующего частицы, находящиеся в жидкости (взвеси), предложено использовать анализатор размера наночастиц, реализующий метод динамического рассеяния света. Приведена схема анализатора с описанием принципа измерения размера наночастиц методом динамического рассеяния света. Представлена схема колонны анализатора дифференциальной электрической подвижности частиц для обеспечения прослеживаемости измерений их диаметра, эквивалентного по электрической подвижности. Диаметр обычно применяется для характеристики частиц, находящихся в состоянии аэрозоля. Приведена схема анализатора дифференциальной электрической подвижности частиц с описанием принципа действия, выведена формула расчета диаметра частиц. 

1. Соломахо, В. Л. Современное состояние обеспечения прослеживаемости в области измерения наночастиц / В. Л. Соломахо, А. А. Багдюн // Качество, стандартизация, контроль – теория и практика: матер. ХХ Междунар. науч.-техн. конф. Киев: АТМ Украины, 2020. С. 15–17.

2. Багдюн, А. А. Погрешность передачи размера единицы длины – метра в нанометровом диапазоне измерений при использовании наноизмерительной машины / А. А. Багдюн, В. Л. Соломахо // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. 2022. Т. 67, № 1. С. 86–93. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2022-67-1-86-93.

3. Leach, R. Abbe Error/Offset / R. Leach // CIRP Encyclopedia of Production Engineering / R. Leach, eds. L. Laperrière, G. Reinhart. Springer, 2014. P. 1–4. https://doi.org/10.1007/978-3-642-35950-7_16793-1.

4. Edĺen, B. The Refractive Index of Air / B. Edĺen // Metrologia. 1966. No 2. Р. 71–80. https://doi.org/10.1088/0026-1394/2/2/002.

5. Jones, F. E. The Refractivity of Air / F. E. Jones // Journal of Research of the National Bureau of Standards. 1981. Vol. 86, No 1. Р. 27–32. https://doi.org/10.6028/JRES.086.002.

6. Schmidt, I. Beiträge zur Verringerung der Positionierunsicherheit in der Nanopositionier und Nanomessmaschine / I. Schmidt. Ilmenau University of Technology, 2009. 25 p.

7. Багдюн, А. А. Определение погрешности измерения диаметра наночастиц методом динамического рассеяния света / А. А. Багдюн, В. Л. Соломахо // Неразрушающий контроль и диагностика. 2021. № 4. С. 32–37.

8. Garnaes, J. Diameter Measurements of Polystyrene Particles with Atomic Force Microscopy / J. Garnaes // Measurement Science and Technology. 2011. Vol. 22, Iss. 9. Р. 22–094001. https://doi.org/10.1088/0957-0233/22/9/094001.

9. Measuring Sub Nanometre Sizes Using Dynamic Light Scattering / M. Kaszuba [et al.] // Journal of Nanoparticle Research. 2008. No 10. Р. 823–829. https://doi.org/10.1007/s11051-007-9317-4.

10. Uncertainty Analysis of Measurements of the Size of Nanoparticles in Aqueous Solutions Using Dynamic Light Scattering / S. Y. Kwon [et al.] // Metrologia. 2011. Vol. 48, Iss. 5. P. 417–425. https://doi.org/10.1088/0026-1394/48/5/024.

11. Mohr, P. J. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998 / P. J. Mohr, B. N. Taylor // Reviews of Modern Physics. 2000. Vol. 72, Nо 2. Р. 351–495. https://doi.org/10.1103/revmodphys.72.351.

12. Solomakho, V. L. Determination of the Error in Transferring of Length Unit’s Size when Measuring the Nanoparticles’ Diameter Using an Analyzer of Particles’ Differential Electrical Mobility / V. L. Solomakho, A. A. Bagdun // Приборы и методы измерений. 2021. Т. 12, № 3. Р. 194–201. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-3-194-201.

13. Precise Measurement of the Size of Nanoparticles by Dynamic Light Scattering with Uncertainty Analysis / К. Takahashi [et al.] // Particle & Particle Systems Characterization. 2008. Vol. 25, Nо 1. Р. 31–38. https://doi.org/10.1002/ppsc.200700015.

14. Bipolar Charge Distribution of a Soft X-Ray Diffusion Charger / L. Tigges [et al.] // Journal of Aerosol Science. 2015. Vol. 90. Р. 77–86. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2015.07.002.

15. Slip Correction Measurements of Certified PSL Nanoparticles Using a Nanometer Differential Mobility Analyzer (Nano-DMA) for Knudsen Number from 0.5 to 83 / J. H. Kim [et al.] // Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 2005. Vol. 110, No 1. Р. 31–54. https://doi.org/10.6028/jres.110.005.